探討建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則

劉行

（長沙怡境景觀設(shè)計有限公司，湖南 長沙 410000）

0 引言

鋼結(jié)構(gòu)具有抗裂性、抗震性以及使用壽命長等優(yōu)勢，因此被廣泛應(yīng)用于建筑工程中，鋼結(jié)構(gòu)在一定程度上促進了建筑行業(yè)的發(fā)展。再就是，因為鋼結(jié)構(gòu)使用起來比較方便，所以很多工程首先選用鋼結(jié)構(gòu)作為施工材料。由此看來，探討鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則是非常有必要的，隨著鋼結(jié)構(gòu)的廣泛使用，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計水平也在不斷改進，這就對工程施工的質(zhì)量在一定程度上有了保證。所以，在工程的施工過程中，需要根據(jù)實際情況來分析鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則，為建筑的施工奠定一定的工作基礎(chǔ)。

1 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計在整個建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要性

1.1 有比較大的關(guān)聯(lián)性

在對鋼結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的時候，需要對和鋼結(jié)構(gòu)相聯(lián)系的要素進行比較全面的分析，對施工這一環(huán)節(jié)的質(zhì)量放在第一位，并需要分析構(gòu)件設(shè)計的質(zhì)量，避免出現(xiàn)因設(shè)計問題對整個工程造成安全事故的情況。所以說，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計人員需要對全面掌握相關(guān)的設(shè)計規(guī)范，根據(jù)設(shè)計的要求分析構(gòu)件，進而對整個的鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量有一定的保障。所以，我們需要重視鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量，根據(jù)建筑施工的實際情況，優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)的比較重要的部位，提高建筑在市場中的競爭力。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量關(guān)系到整個建筑工程的質(zhì)量

在對鋼結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的時候，我們既要對和鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)的要素進行分析，也要對鋼結(jié)構(gòu)的整體技術(shù)有一定的把握，在詳細的設(shè)計環(huán)節(jié)中，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計比較難，所以設(shè)計者需要根據(jù)圖紙做出相關(guān)要求，對建筑施工的現(xiàn)實狀況進行充分了解，全面考慮整個建筑工程，這樣就能夠提高鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計質(zhì)量，同時，也很大程度上保證鋼結(jié)構(gòu)的整體功能。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的房屋如圖1所示。

圖1 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的房屋

2 鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則

（1）在對鋼結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的時候，需要根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)建筑工程的現(xiàn)實狀況，對建筑工程的施工條件以及施工中使用的材料供應(yīng)進行全面考慮，選擇科學(xué)合理的材料，與此同時，還需要使結(jié)構(gòu)在運輸和安裝的過程中保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)定性，再就是需要注意結(jié)構(gòu)的防火標(biāo)準要達到規(guī)定的要求，注意結(jié)構(gòu)要符合防腐的要求。除此之外，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計在技術(shù)經(jīng)濟方面的設(shè)計原則是對多個設(shè)計方案進行對比，選擇出設(shè)計成本低、勞動生產(chǎn)率高、工作量少以及工期比較短的設(shè)計方案。

（2）在對鋼結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的時候，首要考慮的就是生產(chǎn)的工藝、建筑的性能及要求的型式，在滿足這些要求的同時，還需要做到結(jié)構(gòu)的安全合理、經(jīng)濟節(jié)約。基于此，鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計人員需要對操作的過程以及工藝要求進行全面的分析了解，這樣才能夠和施工人員協(xié)同選擇出最好的設(shè)計方案。

（3）需要根據(jù)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)實條件選用鋼材，比如說介質(zhì)環(huán)境、受力的情況，還有就是供應(yīng)和加工制作等很多方面的因素。選用的各類鋼材需要發(fā)揮各自的作用，使其各有所值。使用新型材料方面，我們要推廣高效能的鋼材。

（4）在設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)的時候，需要對結(jié)構(gòu)的形式和鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面進行選擇，也應(yīng)該本著提高經(jīng)濟效益的原則，避免出現(xiàn)因為一個構(gòu)件損失對總的經(jīng)濟指標(biāo)造成損失的情況。

（5）在確保鋼結(jié)構(gòu)安全合理的情況下，盡量實行功能兼并的原則，也就是使用一種構(gòu)件，但這一種構(gòu)件可以兼并多種功能，比如說，有的結(jié)構(gòu)可以起到維護的作用，同時也可以起到承重的作用；有的結(jié)構(gòu)對網(wǎng)架起到穩(wěn)定的作用，同時也是進行承重的構(gòu)件。

（6）在一定的條件下，使結(jié)構(gòu)逐步向定型化方向發(fā)展，構(gòu)件以及連接的頭也需要逐步趨于標(biāo)準化。

（7）在對鋼結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的時候，需要合理布置柱距和梁的跨度，減少主要受力構(gòu)件的量。建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計原則如圖2所示。

圖2 建筑鋼結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計原則

3 鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點

3.1 鋼結(jié)構(gòu)可以減少工期

鋼結(jié)構(gòu)使用的材料一般都是比較單一的，而且都是成品材料，這樣加工起來就比較簡單，不使用人工操作就能夠完成，所以很多鋼結(jié)構(gòu)都是制作于專業(yè)的金屬結(jié)構(gòu)制造廠，這樣制作出來的鋼結(jié)構(gòu)比較精確。當(dāng)構(gòu)件在建筑施工現(xiàn)場進行安裝的時候，就可以采用比較簡便的普通螺栓以及強度比較高的螺栓，甚至可以在地面焊接成較大的單元再進行吊裝，這就能最大限度地縮短工期。除此之外，已經(jīng)建設(shè)完成的鋼結(jié)構(gòu)還能夠進行改建，因為大部分的鋼結(jié)構(gòu)都是用螺栓連接的，比較容易進行拆除。

3.2 鋼結(jié)構(gòu)材料的綜合性比較好

與其他的建筑材料，像混凝土、磚石等相比較，鋼材的強度是比較大的。所以說，很適用于跨度比較大的和載荷比較大的構(gòu)件和結(jié)構(gòu)。再就是，鋼材的塑性和韌性比其他的建筑材料好很多。韌性好，鋼結(jié)構(gòu)對荷載的適應(yīng)能力比較強。塑性好，鋼結(jié)構(gòu)一般不會因為超載而出現(xiàn)斷裂的情況。除了塑性好和韌性好之外，鋼結(jié)構(gòu)也具有比較好的抗震能力。再就是，因為一般的鋼材強度都比較大，將這樣的鋼材制作成構(gòu)件的時候構(gòu)件的截面就會又小又薄，在受壓的時候必須要符合穩(wěn)定性的要求，并且強度在特殊的時候就不能充分地發(fā)揮出來。

鋼材的材質(zhì)要比其他材料的材質(zhì)均勻，而且鋼材的內(nèi)部組織比較勻質(zhì)且各向同性，除此之外，鋼材在應(yīng)力的一定范圍內(nèi)基本是完全彈性的。所以，鋼結(jié)構(gòu)的實際受力情況是符合工程力學(xué)計算的。鋼材在制作的過程當(dāng)中可以嚴格地控制質(zhì)量，材質(zhì)浮動的范圍是很小的。

3.3 鋼結(jié)構(gòu)的重量輕，節(jié)省了成本

一般情況下，鋼材的密度是大于混凝土等材料的，但是鋼結(jié)構(gòu)卻是比混凝土等材料的重量輕，這是由于鋼材的強度和密度的比值是比混凝土的強度和密度的比值大很多。在一樣的跨度之下承受一樣的荷載，鋼屋架的重量也只是混凝土屋架重量的1/3或者1/4，有的甚至已經(jīng)接近1/10，這就方便了建筑工程在施工過程當(dāng)中的吊裝。因為鋼結(jié)構(gòu)的重量非常輕，這也對遠距離的運輸結(jié)構(gòu)提供了方便，比如說在交通不便利的山區(qū)工程。雖然鋼結(jié)構(gòu)在重量上略勝混凝土一籌，但是在耐火性以及腐蝕性上就不如混凝土等材料了，這就導(dǎo)致在防護鋼結(jié)構(gòu)的時候花銷要遠遠超過混凝土結(jié)構(gòu)。在一般的廠房里，如果沒有侵蝕性的介質(zhì)，在鋼結(jié)構(gòu)上涂抹上質(zhì)量比較好的油漆就會在一定程度上避免侵蝕的問題。近年來，新研制出來的耐大氣腐蝕的新型鋼材抗銹性比較好，并且已經(jīng)進行推廣。鋼材的強度比較大，長時間在100℃的熱輻射當(dāng)中，其強度并沒有發(fā)生太大的變化，但是當(dāng)溫度上升到150℃以上，就需要利用隔熱層進行保護。再就是，鋼材不耐火，在建筑施工中使用鋼結(jié)構(gòu)時，必須采用一定的防火措施。

4 結(jié)語

總而言之，我國的城市化進程不斷加快，使建筑規(guī)模也在不斷擴大，鋼結(jié)構(gòu)在建筑工程中的應(yīng)用范圍已經(jīng)非常廣泛，并且鋼結(jié)構(gòu)在各種類型的建筑當(dāng)中都是最切合未來的國家發(fā)展目標(biāo)的，同時也符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求，除此之外鋼結(jié)構(gòu)對提高城市化水平，提高建筑工程質(zhì)量以及促進建筑業(yè)的發(fā)展等方面具有很重要的意義。在國家的政策支持下，鋼結(jié)構(gòu)具有非常大的市場潛能，而且鋼結(jié)構(gòu)住宅的前景也非常明亮。